Искровые свечи зажигания - устройство, параметры, кроссы, причины отказа)

Искровые свечи зажигания не претерпели принципиальных изменений с момента их применения в начале XX века. Развитие этого элемента бензинового двигателя идет по пути усовершенствования элементов конструкции, материалов и технологии производства.

Детали свечи, находящиеся в камере сгорания, подвергаются высоким термическим, механическим, элек-трическим нагрузкам, а также химическому воздействию продуктов неполного сгорания топлива. Температура в ней изменяется от 70 до 2500°С, давление газов достигает 50 - 60 бар, а напряжение на электродах доходит до 20 кВ и выше. Такие жесткие условия работы определяют особенности конструкции свечей и применяемых мате-риалов, так как от бесперебойности искрообразования зависят мощность, топливная экономичность, пусковые свойства двигателей, а также токсичность отработавших газов.

Основными элементами любой свечи зажигания являются металлический корпус, керамический изолятор, электроды и контактный стержень. Корпус имеет резьбу, которая ввинчивается в головку блока цилиндров, шестигранник "под ключ" и специальное покрытие для защиты от коррозии.

Опорная поверхность (ею свеча "упирается" в головку) может быть плоской или конической. В первом случае для надежной герметизации свечного отверстия используется уплотнительное кольцо. Коническая поверхность сама хорошо герметизирует соединение свечи с головкой блока.
Материалом изолятора служит высокопрочная техническая керамика. Для предотвращения утечки электричества на его поверхности (в "верхней" части изолятора) делают кольцевые канавки (барьеры тока) и наносят специальную глазурь, а часть изолятора со стороны камеры сгорания выполняют в форме конуса (назы-ваемого тепловым).
Внутри керамической части свечи закреплены центральный электрод и контактный стержень, между которыми может быть расположен резистор, подавляющий радиопомехи. Герметизация соединения этих деталей осуществляется токопроводящей стекломассой (стеклогерметиком). Боковой электрод ("массы") приварен к кор-пусу.
Электроды изготавливают из жаростойкого металла или сплава. Для улучшения отвода тепла от теплового конуса центральный электрод могут делать из двух металлов (биметаллический электрод) - центральную часть из меди заключают в жаростойкую оболочку. Биметаллический боковой электрод обладает повышенным ресурсом благодаря тому, что хорошая теплопроводность меди препятствует чрезмерному его нагреву.

Рис. 1. Устройство свечи зажигания с плоской опорной поверхностью:
1 - контактная (штекерная) гайка; 2 - изолятор; 3 - ореб-рение изо-лятора (барьеры тока); 4 - контактный стержень; 5 - корпус свечи; 6 - токопроводящий стеклогерметик; 7 - уплотни-тельное кольцо; 8 - центральный электрод с медным сердечником (биметаллический); 9 - теплоотводящая шайба; 10 - тепло-вой конус изолятора; 11 - боковой электрод ("массы"); h - искровой зазор.

Для обеспечения всего спектра бензиновых двигателей свечами зажигания последние производят с раз-личными параметрами, которые отражаются в условном обозначении свечи (приводятся ниже).

Габаритно-присоединительные размеры - это диаметр и шаг резьбы, длина резьбовой части и размер шестигранника "под ключ". Все они строго определенны для каждого двигателя.

Калильное число является показателем тепловых свойств свечи (ее способности нагреваться при различ-ных тепловых нагрузках двигателя). Оно пропорционально среднему давлению, при котором в процессе испытаний свечи на моторной тарировочной установке в ее цилиндре начинает появляться калильное зажигание (не-управляемый процесс воспламенения рабочей смеси от раскаленных элементов свечи). Свечи с небольшим ка-лильным числом называют горя-чими. Их тепловой конус нагревается до темпе-ратуры 900°С (температура начала калильного зажигания) при относительно небольшой тепло-вой нагрузке. Такие свечи применяются на ма-лофорсированных двигателях с небольшими степенями сжатия. У холодных свечей калиль-ное зажигание возни-кает при больших тепло-вых нагрузках, и они используются на высокофорсированных двигателях.

Пока тепловой конус не нагреется до 400°С, на нем образуется нагар, приводящий к утеч-кам тока и нару-шению искрообразования. По достижении этой температуры он (нагар) начинает сгорать, происходит очищение свечи (самоочищение).

Чем длиннее тепловой конус, тем больше его площадь, поэтому он нагревается до темпера-туры самоочи-щения при меньшей тепловой на-грузке. К тому же выступание этой части изолятора из корпуса усиливает ее обдув газами, что дополнительно ускоряет прогрев и улучшает очищение от нагара. Увеличение длины тепло-вого конуса приводит к уменьшению калильного числа (свеча становится "го-рячее"). Чтобы оставить его неизменным в конструкции применяют би-металлические центральные электроды, луч-ше отводящие тепло. Такие свечи (их называют термоэластичными) быстрее прогреваются до температуры самоочищения (как горячие), но вызывают калильное зажигание при высоких тепловых нагрузках (как холодные).

Отечественная промышленность выпускает свечи зажигания с калильными числами 8, 11, 14, 17, 20, 23 и 26. За рубежом не существует единой шкалы калильных чисел.

Величина искрового зазора указывается в инструкции по эксплуатации автомобиля (но может быть ука-зана также на упаковке или в маркировке свечи) и находится в пределах от 0,5 до 2 мм.

В зависимости от конструкции электродов зазор бывает регулируемым (за счет подгибания бокового элек-трода) и нерегулируемым (в свечах с несколькими "объединенными" боковыми электродами или не имеющих боковых электродов).

На свече зажигания российского производства должны быть указаны:
- дата изготовления (месяц или квартал и (или) две последние цифры года изготовления);
- товарный знак и (или) наименование предприятия-изготовителя;
- условное обозначение типа свечи (расшифровка приведена далее);

Из-за отсутствия за рубежом единой системы маркировки определить соответствие све-чей зажигания раз-личных производителей можно только при помощи каталогов или таблиц взаимозаменяемости (табл. 1).

В настоящее время все больше свечей зажигания выпускается с биметаллическим электро-дом. Это позво-ляет, помимо улучшения термо-эластичности, повысить их надежность и долговечность.

Растет объем производства свечей зажигания с выступанием теплового конуса изолятора из металлическо-го корпуса, что обеспечивает улучшенное самоочищение от нагара.

С целью увеличения срока эксплуатации, не требующего регулировки искрового зазора, выпускают свечи зажигания с несколькими электродами "массы".

Для улучшения процесса искрообразования (воспламеняющей способности искры) разра-батывают свечи с увеличенным искровым за-зором, изменяют форму и профиль электродов, а на их поверхности наносят платину.

Растет производство свечей зажигания с использованием поверхностного разряда (в ко-торых нет электрода "массы", а искра идет от центрального электрода к корпусу по поверх-ности изолятора).

Для снижение уровня помех радиоприему все больше свечей зажигания снабжаются встроен-ным помехо-подавительным резистором.

Таблица 1. Взаимозаменяемость основных типов свечей (прочерк - аналог отсутствует)

Гарантийный срок эксплуатации

По требованиям ОСТ 37.003.081 "Свечи зажигания искровые" изготовитель должен гаран-тировать беспе-ребойную работу свечей зажи-гания в течение 18 месяцев при условии, что пробег автомобиля с классической системой зажигания не превысил 30 тыс. км, а с элек-тронной системой - 20 тыс. км. Это справедливо только при условии соответствия свечей зажигания модели двигателя и соблюдении правил эксплуатации автомобиля, их монтажа, транспортирования и хранения. По мнению специалистов на двигателях в хорошем техническом состоянии фактический срок службы свечей может быть больше в 2 раза.

Снятие и установка

Демонтаж свечи зажигания с двигателя производят в следующей последовательности:
- снимают наконечник провода высокого напряжения (недопустимо тянуть за провод);
- отворачивают свечу на один оборот специальным ключом, затем поверхность в углублении головки цилиндра вокруг нее очищают сжа-тым воздухом или кисточкой, чтобы частицы грязи не попали в резьбу или камеру сгорания;
- выворачивают свечу;
- проверяют наличие уплотнительного кольца (для свечей с плоской опорной поверхностью);
- тщательно осматривают свечу на наличие механических повреждений изолятора, корпуса и электродов.

Установка производится в следующей последовательности:
- новые свечи, покрытые консервационной смазкой, необходимо протереть и промыть в растворителе (бензине). Допустимо прокипя-тить свечи в воде и просушить;
- внимательно осматривают свечу на нали-чие механических повреждений, уплотнительного кольца, контактной гайки;
- проверяют и при необходимости регулиру-ют искровой зазор (подгибая электрод "массы") до величины, указанной в инструкции по эксплуатации автомобиля;
- свечу заворачивают рукой в свечное от-верстие и затягивают специальным ключом с усилием 2 кгм.

Выявление и устранение причин отказа

Наиболее вероятными причинами отказа свечей зажигания является загрязнение их проду-ктами неполного сгорания или увеличение ис-крового зазора из-за износа электродов. Причем решающее влияние на работоспособность свечей оказывает техническое состояние двигателя.

Если свечи зажигания систематически покрываются нагаром, следует найти и устранить причину загрязнения (табл. 2).

Очистить свечи зажигания можно с помощью растворителей и щетки (не металлической). На станциях технического обслуживания свечи очищают на специальных пескоструйных аппаратах.

Таблица 2. Определение состояния двигателя по виду свечей зажигания

	Рис. 3. Вид загрязнений свечи при нормальном состоянии двигателя.
	Рис. 4. Матовая черная копоть на свече.
	Рис. 5. Черный маслянистый нагар на свече.
	Рис. 6. Толстый слой рыхлых отложений на свече.
	Рис. 7. Отложения красного цвета.
	Рис. 8. Оплавление центрального электрода.
	Рис. 9. Разрушение теплового конуса изолятора.

Проверка работоспособности свечей

Осуществляют ее с помощью специального оборудования для проверки бесперебойности искрообразования и герметичности соединения деталей свечи.

В первом случае свечу устанавливают в барокамеру (при атмосферном давлении свеча ведет себя иначе, чем в камере сгорания), которая обеспечивает давление газа до 10 кг/см? и позволяет наблюдать искрообразование между электродами. Оно должно быть бесперебойным после подведения к свече напряжения не менее 22 кВ.

Свеча считается неисправной при перебоях в искрообразовании, не устраняемых очисткой от нагара, под давлением, указанным в табл. 3.

Для проверки герметичности соединения деталей свечи ее устанавливают в барокамеру, создающую давление до 20 кг/см2, и измеряют утечку газа не менее 30 с. Ее величина не должна пре-вышать 5 см3/мин. При этом не учитывают утечку через соединения свечи с барокамерой.

Допускается проводить контроль герметичности на свечах зажигания, не укомплектованных уплотнительными кольцами.

При техническом обслуживании автомобиля разрешается проверять утечку газа через соединения деталей свечей зажигания под давлением 10 кг/см2.

Таблица 3. Минимально допустимое давление бесперебойного искрообразования (критерии предельного состояния свечи)

Примечания.
1. Проверку свечей зажигания следует проводить при величине искрового зазора, указанного в инструкции по эксплуатации автомобиля.
2. Если после очистки свеча не обеспечивает бесперебойного искрообразования при давлении большем, чем указано в таблице, она считается негодной к дальнейшей эксплуатации.
3. Испытательное напряжение для проверки свечей зажигания при техническом обслуживании автомобиля должно быть не более 18 кВ.